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加快發展氫能產業，是應對全球氣候變化、實現碳達峰、碳中和目標、保障國家能源安全和實現經濟社會高質量發展的戰略選擇。據中國氫能聯盟預測，預計到2060年，氫能在終端能源消費中比重約為20%。

在技術、成本、政策(ce)等推動下，氫能(neng)作為連(lian)接可(ke)再生能(neng)源的紐帶(dai)和電力(li)儲能(neng)介(jie)質(zhi)成為可(ke)能(neng)，在以新能(neng)源為主體的新型電力(li)系統中扮演著越(yue)來(lai)越(yue)重要的角色。

氫能在新型電力系統中的定位

隨著可再生能源裝機快速(su)增長以及(ji)用戶(hu)側負荷的多(duo)樣性變(bian)化，電網面臨諸多(duo)問題與挑戰。在碳(tan)中(zhong)和目標下，氫(qing)能作(zuo)為(wei)新(xin)興零碳(tan)二次能源得到快速(su)發展(zhan)，為(wei)電力系統發展(zhan)帶來了難得的機遇。

一(yi)是利(li)用(yong)可(ke)(ke)(ke)(ke)再生能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)電制氫(qing)，促進可(ke)(ke)(ke)(ke)再生能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)消納。我國可(ke)(ke)(ke)(ke)再生能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)發(fa)展(zhan)領先全(quan)球，水、風、光(guang)裝機(ji)量均為世界第一(yi)，據國家(jia)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)局發(fa)布(bu)的2020年可(ke)(ke)(ke)(ke)再生能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)并(bing)網(wang)運(yun)行(xing)(xing)情況(kuang)可(ke)(ke)(ke)(ke)知，目前(qian)國內(nei)風電、光(guang)伏利(li)用(yong)率分別為97%和98%，隨(sui)著(zhu)大規模可(ke)(ke)(ke)(ke)再生能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)的快速發(fa)展(zhan)，其運(yun)行(xing)(xing)消納問(wen)題(ti)會進一(yi)步顯現，利(li)用(yong)可(ke)(ke)(ke)(ke)再生能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)制氫(qing)可(ke)(ke)(ke)(ke)有效提升我國可(ke)(ke)(ke)(ke)再生能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)消納水平。

二(er)是利用(yong)氫儲(chu)能(neng)(neng)(neng)特性，實(shi)現(xian)電(dian)能(neng)(neng)(neng)跨季(ji)節(jie)長周期(qi)大規(gui)(gui)模存(cun)儲(chu)。電(dian)化學儲(chu)能(neng)(neng)(neng)存(cun)在(zai)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)時(shi)間短(duan)，容(rong)量(liang)規(gui)(gui)模等級小(xiao)等不足，目前主(zhu)要用(yong)于電(dian)網調(diao)頻(pin)調(diao)峰、平滑新能(neng)(neng)(neng)源出力波動性，實(shi)現(xian)小(xiao)時(shi)級別的(de)短(duan)周期(qi)響應與調(diao)節(jie)，而(er)氫儲(chu)能(neng)(neng)(neng)具有儲(chu)能(neng)(neng)(neng)容(rong)量(liang)大、儲(chu)存(cun)時(shi)間長、清(qing)潔(jie)無污染等優點(dian)，能(neng)(neng)(neng)夠在(zai)電(dian)化學儲(chu)能(neng)(neng)(neng)不適用(yong)的(de)場(chang)(chang)景發(fa)揮優勢，在(zai)大容(rong)量(liang)長周期(qi)調(diao)節(jie)的(de)場(chang)(chang)景中，氫儲(chu)能(neng)(neng)(neng)在(zai)經濟(ji)性上更(geng)具有競爭力。

三是(shi)利用氫能(neng)電(dian)站(zhan)快(kuai)速響(xiang)應(ying)能(neng)力(li)，為新(xin)型(xing)電(dian)力(li)系統(tong)提(ti)(ti)供靈活調節手(shou)段。基(ji)于PEM（質子交換膜）的(de)電(dian)解水制(zhi)氫裝(zhuang)備具有(you)較寬的(de)功率波動適應(ying)性，可(ke)實現輸(shu)入功率秒級、毫秒級響(xiang)應(ying)，同時可(ke)適應(ying)10%—150%的(de)寬功率輸(shu)入，為電(dian)網提(ti)(ti)供調峰調頻服務，提(ti)(ti)高(gao)電(dian)力(li)系統(tong)安全性、可(ke)靠(kao)性、靈活性，是(shi)構建(jian)零碳電(dian)網和新(xin)型(xing)電(dian)力(li)系統(tong)的(de)重要手(shou)段。

四是(shi)推(tui)動(dong)跨領域多類(lei)型能(neng)(neng)源網絡互聯互通，拓展電(dian)能(neng)(neng)綜合利(li)用(yong)途徑(jing)。氫能(neng)(neng)作為(wei)靈活(huo)高(gao)效的二次能(neng)(neng)源，在能(neng)(neng)源消費端可以利(li)用(yong)電(dian)解槽(cao)和(he)燃料電(dian)池(chi)，通過電(dian)氫轉(zhuan)換(huan)，實(shi)現電(dian)力(li)、供(gong)熱、燃料等多種能(neng)(neng)源網絡的互聯互補和(he)協同優化，推(tui)動(dong)分(fen)布式能(neng)(neng)源發展，提升終端能(neng)(neng)源利(li)用(yong)效率。

電氫耦合的應用場景與分析

氫(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)在能(neng)(neng)源、交(jiao)通、工(gong)業、建筑(zhu)等領域具有廣(guang)泛的(de)(de)應用前(qian)景，可以作(zuo)為(wei)能(neng)(neng)源互聯轉化(hua)的(de)(de)重要(yao)媒介，推動能(neng)(neng)源清(qing)潔高效(xiao)利(li)用，實現大規模深度(du)脫碳。氫(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)發展(zhan)(zhan)的(de)(de)初衷是解決低碳和生(sheng)態(tai)(tai)環(huan)保等問題(ti)，可再生(sheng)能(neng)(neng)源電(dian)制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)是未來氫(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)發展(zhan)(zhan)的(de)(de)主(zhu)要(yao)方向(xiang)，將應用于新型電(dian)力系統(tong)“源、網(wang)、荷”各環(huan)節，呈現電(dian)氫(qing)(qing)(qing)耦合(he)發展(zhan)(zhan)態(tai)(tai)勢。

一是(shi)應用于電源(yuan)(yuan)側。利用可再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)(yuan)綠色制氫技術，將風能(neng)、太陽能(neng)等可再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)(yuan)電力清潔高(gao)效地轉(zhuan)換為氫能(neng)，推動氫能(neng)在電源(yuan)(yuan)側與可再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)(yuan)耦合(he)，促進大規(gui)模可再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)(yuan)消納，提高(gao)可再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)(yuan)利用率。

二是應用(yong)(yong)(yong)于電(dian)網(wang)側。利用(yong)(yong)(yong)氫能(neng)(neng)具有跨(kua)季節(jie)、長時間的儲能(neng)(neng)特性，發揮(hui)氫儲能(neng)(neng)作用(yong)(yong)(yong)，可積極(ji)參(can)與電(dian)網(wang)調(diao)峰調(diao)頻輔(fu)助服務(wu)，提高電(dian)力系統(tong)安全(quan)性、可靠性、靈活性，實現能(neng)(neng)源跨(kua)地(di)域和跨(kua)季節(jie)的能(neng)(neng)源優化(hua)配置。

三(san)是應(ying)用(yong)于用(yong)戶側(ce)。通(tong)過(guo)氫燃(ran)料電(dian)(dian)池熱電(dian)(dian)聯供、區域(yu)電(dian)(dian)網調峰(feng)調頻及建筑深度脫碳(tan)減排的應(ying)用(yong)，可擴展氫能在終端(duan)用(yong)能領域(yu)的應(ying)用(yong)范圍和(he)綜合能源(yuan)業務發展，推動冷-熱-電(dian)(dian)-氣多能融合互補(bu)，提(ti)升終端(duan)能源(yuan)效率(lv)和(he)低碳(tan)化水平。

通(tong)(tong)(tong)(tong)過(guo)分析源側(ce)棄(qi)電(dian)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)、網(wang)側(ce)氫(qing)(qing)(qing)儲(chu)(chu)能、負荷(he)側(ce)利(li)(li)(li)用特(te)高(gao)壓通(tong)(tong)(tong)(tong)道(dao)(dao)直接制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)三(san)大(da)場景(jing)，可以看(kan)出，在(zai)源端利(li)(li)(li)用富(fu)余風、光、水等可再生能源制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)，就地(di)(di)銷售(shou)到市(shi)場上可獲得較(jiao)好收益，但是輸(shu)氫(qing)(qing)(qing)成本較(jiao)高(gao)，長距離輸(shu)送(song)到需求端不具(ju)(ju)(ju)備經(jing)濟(ji)性；在(zai)網(wang)側(ce)，氫(qing)(qing)(qing)儲(chu)(chu)能站(zhan)通(tong)(tong)(tong)(tong)過(guo)參與電(dian)網(wang)輔助服(fu)務和(he)(he)(he)售(shou)氫(qing)(qing)(qing)氧收入(ru)，具(ju)(ju)(ju)備一定的(de)經(jing)濟(ji)性；從當前(qian)風電(dian)和(he)(he)(he)光伏(fu)(fu)的(de)整(zheng)體建設上來看(kan)，西(xi)北地(di)(di)區具(ju)(ju)(ju)有(you)(you)豐(feng)富(fu)的(de)風力(li)和(he)(he)(he)光伏(fu)(fu)資(zi)源，經(jing)濟(ji)發達的(de)東南(nan)地(di)(di)區是重要(yao)的(de)用氫(qing)(qing)(qing)需求地(di)(di)，綠氫(qing)(qing)(qing)的(de)輸(shu)送(song)通(tong)(tong)(tong)(tong)道(dao)(dao)和(he)(he)(he)特(te)高(gao)壓輸(shu)送(song)通(tong)(tong)(tong)(tong)道(dao)(dao)基本重合，合理利(li)(li)(li)用特(te)高(gao)通(tong)(tong)(tong)(tong)道(dao)(dao)長途輸(shu)電(dian)，在(zai)負荷(he)側(ce)通(tong)(tong)(tong)(tong)過(guo)特(te)高(gao)壓通(tong)(tong)(tong)(tong)道(dao)(dao)直接制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)，在(zai)成熟的(de)電(dian)力(li)市(shi)場價(jia)格機制(zhi)(zhi)下，相比“源側(ce)電(dian)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)+管(guan)道(dao)(dao)輸(shu)氫(qing)(qing)(qing)”應(ying)用場景(jing)，“特(te)高(gao)壓輸(shu)電(dian)+負荷(he)側(ce)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)”在(zai)經(jing)濟(ji)上更具(ju)(ju)(ju)有(you)(you)競爭力(li)。

氫能在新型電力系統應用挑戰及建議

氫(qing)能自身(shen)屬性使其具備跨時(shi)間和空間靈活應用的潛力，在應對氣(qi)候變化、全球能源轉(zhuan)型的大背景(jing)下，國際(ji)上普遍認為氫(qing)能將成(cheng)為未來能源的重要載(zai)體。

但是(shi)(shi)，受(shou)技(ji)術(shu)、經濟(ji)性(xing)、標(biao)準(zhun)化(hua)等因素的(de)影響，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)在新型(xing)(xing)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)系統中的(de)應(ying)(ying)用仍面臨(lin)諸多挑(tiao)戰：一是(shi)(shi)缺(que)(que)少(shao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)耦(ou)(ou)(ou)(ou)合(he)(he)的(de)激勵(li)政策(ce)與(yu)(yu)(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)協(xie)同規(gui)劃。氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)已被國(guo)家(jia)作為(wei)中長期科(ke)學和(he)技(ji)術(shu)發(fa)展(zhan)(zhan)的(de)重點研究方(fang)向，也出(chu)臺了諸多氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)產(chan)業發(fa)展(zhan)(zhan)的(de)相關(guan)政策(ce)，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)被明確(que)納入“新型(xing)(xing)儲能(neng)(neng)”，但還(huan)有(you)待(dai)進一步(bu)明確(que)在新型(xing)(xing)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)系統中的(de)定(ding)位(wei)，缺(que)(que)少(shao)相應(ying)(ying)的(de)激勵(li)配套政策(ce)，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)與(yu)(yu)(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)規(gui)劃缺(que)(que)乏跨(kua)領域協(xie)同；二是(shi)(shi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)裝備部(bu)分零(ling)部(bu)件卡(ka)脖子問題和(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)耦(ou)(ou)(ou)(ou)合(he)(he)關(guan)鍵技(ji)術(shu)有(you)待(dai)突破。核心材(cai)料(liao)(liao)(liao)催(cui)化(hua)劑、質(zhi)子交換膜(mo)以及(ji)儲氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)材(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)開發(fa)和(he)生(sheng)產(chan)企(qi)業較(jiao)少(shao)，國(guo)內廠家(jia)的(de)技(ji)術(shu)水平(ping)與(yu)(yu)(yu)國(guo)際先(xian)進水平(ping)有(you)一定(ding)差距，需要鼓勵(li)國(guo)內自主技(ji)術(shu)的(de)快速迭(die)代和(he)提升(sheng)，同時氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)與(yu)(yu)(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)系統耦(ou)(ou)(ou)(ou)合(he)(he)的(de)關(guan)鍵技(ji)術(shu)研究較(jiao)少(shao)，在氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)與(yu)(yu)(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)規(gui)劃、風光耦(ou)(ou)(ou)(ou)合(he)(he)的(de)波動性(xing)制氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)、適用于電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)系統的(de)高密度(du)儲氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)、電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)耦(ou)(ou)(ou)(ou)合(he)(he)運行控制、氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)應(ying)(ying)用安全(quan)等方(fang)向還(huan)需進一步(bu)研究；三是(shi)(shi)綠氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)生(sheng)產(chan)成(cheng)本較(jiao)高，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)儲能(neng)(neng)的(de)經濟(ji)性(xing)尚未顯現。當前可再生(sheng)能(neng)(neng)源生(sheng)產(chan)的(de)綠氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)價(jia)格比灰氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)高兩到三倍，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)制氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)與(yu)(yu)(yu)燃料(liao)(liao)(liao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)效率還(huan)有(you)待(dai)提升(sheng)；四是(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)耦(ou)(ou)(ou)(ou)合(he)(he)標(biao)準(zhun)體系有(you)待(dai)完善。目(mu)前，可再生(sheng)能(neng)(neng)源制氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)、電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)系統儲氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)、電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)耦(ou)(ou)(ou)(ou)合(he)(he)運行控制、氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)燃料(liao)(liao)(liao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)與(yu)(yu)(yu)熱電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)聯(lian)供方(fang)面標(biao)準(zhun)體系還(huan)存在體系不(bu)健全(quan)甚至空(kong)白等問題，制約(yue)了氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)產(chan)業發(fa)展(zhan)(zhan)。

因技術瓶(ping)頸(jing)和經濟性等原因，氫能當前還(huan)不具備大規模推廣(guang)的(de)條件(jian)，建議(yi)示范先行，隨著(zhu)技術的(de)進(jin)步與產(chan)(chan)業(ye)的(de)成熟，逐步推廣(guang)，有序發(fa)展。針對電氫耦合產(chan)(chan)業(ye)發(fa)展存在的(de)問題，建議(yi)從頂層設(she)(she)計(ji)、跨專業(ye)聯合攻關、標(biao)準化(hua)工作、示范建設(she)(she)加強布局。

一(yi)是(shi)加快推進(jin)電氫(qing)協(xie)同和(he)(he)頂層政策(ce)設(she)(she)計(ji)。建議氫(qing)能與新型電力系統建設(she)(she)相(xiang)結(jie)合，針對(dui)電氫(qing)耦合發展，開展激(ji)勵政策(ce)設(she)(she)計(ji)，進(jin)行應用(yong)引導和(he)(he)優化補貼(tie)；

二是加(jia)(jia)(jia)強(qiang)跨(kua)專業(ye)聯合(he)攻關及產學研(yan)協同(tong)研(yan)究。建議加(jia)(jia)(jia)強(qiang)跨(kua)領域跨(kua)產業(ye)聯合(he)攻關，突破關鍵技術和卡(ka)脖(bo)子技術。加(jia)(jia)(jia)強(qiang)電氫基礎(chu)研(yan)究，培育電氫耦(ou)合(he)跨(kua)專業(ye)聯合(he)科(ke)研(yan)創新團隊建設(she)，從產、學、研(yan)、用多方位(wei)協同(tong)加(jia)(jia)(jia)速推動電氫耦(ou)合(he)產業(ye)發(fa)展。

三(san)是建(jian)立健全(quan)電(dian)(dian)(dian)氫耦(ou)合標(biao)準(zhun)體系。從風(feng)光(guang)可(ke)再生能(neng)源(yuan)制(zhi)氫、氫能(neng)電(dian)(dian)(dian)站、電(dian)(dian)(dian)氫耦(ou)合運(yun)行控制(zhi)等方向，推進(jin)能(neng)源(yuan)電(dian)(dian)(dian)力領域電(dian)(dian)(dian)氫耦(ou)合的標(biao)準(zhun)化工作，構(gou)建(jian)并進(jin)一步完善氫能(neng)與電(dian)(dian)(dian)網耦(ou)合領域的標(biao)準(zhun)體系，促進(jin)氫能(neng)在電(dian)(dian)(dian)力系統應用工程的標(biao)準(zhun)化建(jian)設和規范(fan)化管理。

四是加(jia)快典型示(shi)范工程建(jian)(jian)設(she)(she)(she)。圍繞綠氫(qing)生產(chan)基(ji)地，開(kai)展(zhan)風光氫(qing)儲(chu)試驗和示(shi)范工程，提升可再生能源利用(yong)率；在新(xin)型電(dian)力系統建(jian)(jian)設(she)(she)(she)的(de)重點(dian)省市，建(jian)(jian)設(she)(she)(she)氫(qing)儲(chu)能電(dian)站(zhan)，參(can)與電(dian)網靈活(huo)性(xing)調(diao)節(jie)；在國家(jia)氫(qing)能試點(dian)城(cheng)市，重點(dian)在重卡(ka)、物流需求密(mi)集(ji)區(qu)，因地制宜建(jian)(jian)設(she)(she)(she)分布式制氫(qing)和充(chong)電(dian)站(zhan)融合綜合能源服務站(zhan)，開(kai)展(zhan)電(dian)氫(qing)耦合技術的(de)工程化(hua)示(shi)范，打造電(dian)氫(qing)耦合精品示(shi)范工程。

注：本文作者均供職于中國電力科學研究院技術戰略研究中心。